Termobranduolinė reakcija – lengvųjų branduolių susijungimas (sintezė) į sunkesnius branduolius esant labai aukštai temperatūrai (apie šimtą milijonų laipsnių). Termobranduolinės reakcijos vyksta Saulėje ir kitose žvaigždėse, kai susijungus vandenilio izotopams, deuteriui ir tričiui, gaunamas helis ir taip išsiskiria milžiniškas energijos kiekis – daug didesnis nei skilus urano branduoliui. Žemėje termobranduolinės reakcijos vyksta tik sprogstant vandenilinei bombai, kurios galia daug didesnė už atominės bombos galią. Mokslininkai intensyviai ieško būdų valdomai termobranduolinei (branduolių sintezės) reakcijai vykdyti. Deja, tokioje aukštoje temperatūroje išgaruoja visos medžiagos. Jeigu pavyktų sukurti termobranduolinį reaktorių, tai Žemėje turėtume neišsenkantį energijos šaltinį – paprastą vandenį.